酸性大红GR染料废水处理方法

Posted 2023-01-13 催化剂

篇首语：生当作人杰，死亦为鬼雄。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了酸性大红GR染料废水处理方法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

催化湿式过氧化氢氧化技术（CWPO）是处理高浓度、高毒性、难降解有机废水的有效方法，但需要在高温高压条件下进行，因此该技术的应用和推广受到极大限制[11-12]。如何通过技术改进来改善反应条件、使其可在常温常压下进行、并具有高效的处理效果，对该技术的应用推广具有重要意义。

本工作以γ-A l 2 O 3为载体， C u（N O 3）2，Zn（NO3）2，Ce（NO3）4为原料，采用浸渍法制备了负载型CuO-ZnO-CeO2/γ-Al2O3催化剂，并采用该催化剂通过UV-CWPO 在常温常压下处理模拟酸性大红GR染料废水，废水的脱色效果显著。

1 实验部分

1.1 废水、试剂和仪器

废水为配制的模拟酸性大红GR染料废水。

Cu（NO3）2、Zn（NO3）2、Ce（NO3）4、H2O2（质量分数30%）、K2CrO7：分析纯；γ-Al2O3：粒径2～3 mm，天津化工设计研究院；酸性大红GR：武汉第三染料厂。

HH-S1型数显恒温水浴锅：上海亚荣生化仪器厂；DZF-6020型真空干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；TM-6220s型马弗炉：上海博讯医疗设备厂；TU1901型紫外-可见分光光度计：北京普析分析仪器公司；XJ-III型快速消解仪：广东省医疗器械厂；85-2型恒温磁力搅拌器：郑州长城科工贸有限公司；TDL-4型台式离心机：上海安亭科学仪器厂；KQ3200型超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；10 W石英紫外线消毒灯：长沙科星光源电器厂。

1.2 催化剂的制备

将γ-Al2O3载体浸渍在Cu（NO3）2，Zn（NO3）2，Ce（NO3）4配置的浸渍液中，使m（Cu2+）∶m（Zn2+）∶m（Ce4+）∶m（γ-Al2O3）=4∶4∶1∶100，超声振荡吸附30 min，在常温下浸渍12 h，在110 ℃干燥箱中烘干，然后移入马弗炉中500 ℃下煅烧2 h，制得CuO-ZnO-CeO2/γ-Al2O3催化剂。

1.3 实验方法

取200 mL废水置于反应器中，加入一定量的CuO-ZnO-CeO2/γ-Al2O3催化剂和一定量的H2O2，用稀盐酸调节废水pH，控制反应温度为25 ℃，常压，调节适宜的曝气量，开启紫外线消毒灯，在一定搅拌速率下反应一定时间，取样离心后测定废水吸光度，计算脱色率。实验装置示意见图1。

1.4 分析方法

采用紫外-可见分光光度计在波长510 nm条件下测定反应前后废水的吸光度，计算废水的脱色率。

2 结果与讨论

2.1 不同反应体系对废水脱色率的影响

在初始酸性大红GR质量浓度为200 mg/L、催化剂加入量为12.5 g/L、 H2O2加入量为1.5 mL/L、废水pH为4、反应时间为2 h的条件下，不同反应体系对废水脱色率的影响见图2。

由图2可见：UV辐照处理的废水脱色率很低； UV辐照-H2O2氧化降解对废水的脱色率仅为34.98%； CWPO的废水脱色率为47.08%；UV辐照-CWPO的废水脱色率高达97.51%。表明UV辐照-CWPO可产生协同效应，反应体系中产生了更多的·OH，废水的脱色率提高。故以下实验均采用UV辐照-CWPO工艺。

2.2 催化剂加入量对废水脱色率的影响

在初始酸性大红GR质量浓度为200 mg/L、H2O2加入量为1.5 mL/L、废水pH为4、反应时间为2 h的条件下，催化剂加入量对废水脱色率的影响见图3。由图3可见：随着催化剂加入量的增加，废水脱色率逐渐提高；当催化剂加入量为10.0 g/L时，废水脱色率为97.77%；继续增加催化剂加入量，废水脱色率反而有所降低。这是因为催化剂加入量过多时，UV光照受阻。因此，本实验选择催化剂加入量为10.0 g/L。

2.3 H2O2加入量对废水脱色率的影响

在初始酸性大红GR质量浓度为200 mg/L、催化剂加入量为10.0 g/L、废水pH为4、反应时间为2h的条件下，H2O2加入量对废水脱色率的影响见图4。由图4可见：随H2O2加入量的增加，废水脱色率逐渐提高，表明H2O2加入量的增加，产生了更多的·OH，促使有机物在催化剂表面氧化降解更为迅速彻底；当H2O2加入量为2.0 mL/L时，废水脱色率为99.33%；当H2O2加入量超过2.0 mL/L时，废水脱色率反而下降。据研究报道，当溶液中H2O2含量过高时，H2O2在氧化有机物前会与其分解出的·OH反应，使催化反应链反应终止，降低有效氧化反应效率。故本实验选择H2O2加入量为2.0 mL/L。

2.4 废水pH对废水脱色率的影响

在初始酸性大红GR质量浓度为200 mg/L、催化剂加入量为10.0 g/L、H2O2加入量为2.0 mL/L、反应时间为2 h的条件下，废水pH对废水脱色率的影响见图5。由图5可见：废水pH为酸性时，脱色率较高；废水pH为4时，脱色率最高，为99.33%；废水pH为碱性时，脱色率下降；碱性越强，脱色率越低。这是因为在碱性条件下，H2O2分解速率加快，氧化剂自身消耗过多，从而降低了进一步氧化有机分子的能力。故本实验选择废水pH为4。

2.5 反应时间对废水脱色率的影响

在初始酸性大红GR质量浓度为200 mg/L、催化剂加入量为10.0 g/L、H2O2加入量为2.0 mL/L、废水pH为4的条件下，反应时间对废水脱色率的影响见图6。由图6可见：当反应时间少于2 h时，废水脱色率随反应时间的延长而提高；反应时间超过2 h后，废水脱色率基本无变化。故本实验选择反应时间为2 h。

2.6 初始酸性大红GR质量浓度对废水脱色率的影响

在催化剂加入量为10.0 g/L、H2O2加入量为2.0 mL/L、废水pH为4、反应时间为2 h的条件下，初始酸性大红GR质量浓度对废水脱色率的影响见图7。由图7可见：初始酸性大红GR质量浓度为200mg/L时，废水脱色率最高，为99.33%；随着初始酸性大红GR质量浓度的增大，废水脱色率逐渐降低。说明初始酸性大红GR质量浓度高的废水对UV辐照-CWPO反应产生抑制作用。这是因为当废水中初始酸性大红GR质量浓度过高时，一方面，催化剂表面吸附过多的有机物，导致催化剂中毒，使催化活性下降；另一方面，溶液的透光性也随之变差，UV对系统的辅助能力下降。。

3 结论

采用自制的负载型CuO-ZnO-CeO2/γ-Al2O3催化剂，常温常压下通过UV辐照-CWPO处理模拟酸性大红GR染料废水。最佳工艺条件为初始酸性大红GR质量浓度200 mg/L，催化剂加入量10.0 g/L，H2O2加入量2.0 mL/L，废水pH 4，反应时间2 h。最佳工艺条件下废水脱色率达99.33%。